JP2001314921A - プレス加工による局部肉厚増加方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フランジ部を直立成形して深皿状もしくはカ
ップ状の成形品をプレス成形するにあたり、フランジ部
の根元部に相当するコーナー部の肉厚寸法を相対的に厚
肉化する。 【解決手段】 前工程で成形されたフランジ部２をその
高さ方向に据え込む据え込み成形に際しては、コーナー
部５の外側曲率面５Ｂの曲率半径を成形品に必要とされ
る正規曲率半径よりも小さく成形して、コーナー部５の
板厚寸法Ｔを他の部位の板厚ｔよりも厚肉化する（図８
の（Ａ）〜（Ｃ））。据え込み成形に続く二次成形の際
には（図８の（Ｄ））、コーナー部５の外側曲率面５ｂ
の曲率半径を正規曲率半径とするべく印圧するも、その
厚肉化された板厚寸法Ｔはそのまま維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プレス加工による
局部肉厚増加方法に関し、特に板金製の板状ワークの端
部に直立成形されるフランジ部のうち少なくともその根
元部となるコーナー部の肉厚を母材板厚寸法よりも厚肉
化する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば深皿状もしくはカップ状のワーク
を均一板厚の母材から曲折成形するにあたり、直立成形
されることになるフランジ部を局部的に厚肉化する方法
として、例えば特開平６−２１８４４２号公報に記載さ
れたものがある。

【０００３】この従来の技術では、上記フランジ部の先
端面となるべき端面を平板状の母材段階で予めテーパ状
に形成した上でダイとポンチとで略カップ状に絞り成形
し、次いで、上記フランジ部の根元部のコーナー部の内
側曲率面の曲率半径よりも小さな曲率半径をもつポンチ
にてワークを拘束しつつ上記フランジ部の高さ寸法を縮
小化する方向に据え込むことでそのフランジ部を厚肉化
するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような加工方法で
は、フランジ部の厚肉化が可能ではあるものの、あくま
でフランジ部そのものの肉厚の厚肉化を目的としている
ため、上記フランジ部の根元コーナー部のうちその底壁
面側への材料の回り込みが十分でなく、コーナー部その
ものの厚肉化には限界がある。したがって、上記ワーク
が例えば回転部品であるような場合に、コーナー部その
ものの厚肉化によって剛性向上を図るにもおのずと限界
がある。

【０００５】また、前加工として上記フランジ部の先端
面となるべき端面を平板状の母材段階で予めテーパ状に
形成する必要があるため、加工工程数の増加とそれによ
るコストアップが余儀なくされる。

【０００６】本発明は以上のような課題に着目してなさ
れたもので、前加工としての素材端面のテーパ加工が不
要で、しかもフランジ部の根元コーナー部そのものの局
部的な厚肉化を可能とした加工方法を提供しようとする
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、板状ワークの端部に直立成形されるフランジ部のう
ち少なくともそのフランジ部の根元部となるコーナー部
の肉厚を母材板厚よりも厚肉化する方法であって、予め
直立成形されたフランジ部をダイとポンチとを用いてそ
のフランジ高さを縮小化する方向に据え込むにあたり、
前記コーナー部の外側曲率面の成形を司るダイまたはポ
ンチの成形面の曲率半径を規定寸法よりも予め小さく設
定しておくことにより、そのコーナー部の外側曲率面の
曲率半径が製品形状に要求される曲率半径よりも小さく
なるように前記フランジ部を据え込み成形する。そし
て、この据え込み成形に続いて、フランジ部を先の据え
込み高さ寸法に拘束しながら前記コーナー部の外側曲率
面の曲率半径が製品形状に要求される曲率半径となるよ
うに二次成形することを特徴としている。

【０００８】上記据え込み成形の際に、コーナー部の外
側曲率面の曲率半径とともに内側曲率面の曲率半径を小
さくすると、厚肉化効果もしくは増肉化効果は大きくな
るものの内側曲率面に座屈が発生しやすくなり、逆にコ
ーナー部の外側曲率面の曲率半径とともに内側曲率面の
曲率半径を大きくすると、上記のような座屈の発生はな
くなるものの厚肉化効果もしくは増肉化効果が小さいも
のとなるので、上記の外側曲率面の曲率半径の設定にあ
たっては適度な大きさに設定する。

【０００９】したがって、この請求項１に記載の発明で
は、据え込み成形の際に外側曲率面の曲率半径を規定寸
法よりも予め小さく設定することで、その外側曲率面側
に材料を積極的に確保してコーナー部自体の厚肉化効果
もしくは増肉化効果を得る。

【００１０】この段階では、そのコーナー部の外側曲率
面および内側曲率面ともに規定寸法とはなっていないの
で、上記据え込み成形に続いて、フランジ部を先の据え
込み高さ寸法に拘束しながら少なくともコーナー部の外
側曲率面および内側曲率面の曲率半径がそれぞれ製品形
状に要求される曲率半径となるように二次成形する。こ
うすることにより、上記コーナー部自体の厚肉化効果も
しくは増肉化効果を維持しながらも塑性流動により材料
が移動し、コーナー部の外側曲率面および内側曲率面の
曲率半径が規定寸法に仕上げられる。

【００１１】このような手順で成形された成形品は、直
立成形されたフランジ部の根元部たるコーナー部での肉
厚が局部的に厚肉化されているものであるから、成形品
が例えばカップ状もしくは深皿状のものであって且つ回
転部品として使用される場合に、上記厚肉化されたコー
ナー部の剛性が高いために機械的強度の面で著しく有利
となる。

【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明を前提としつつも、コーナー部の外側曲率面の成
形を司るダイまたはポンチの成形面の曲率半径を規定寸
法よりも予め小さく設定しておくとともに、その成形面
に凹状段部を予め形成しておき、前記コーナー部の外側
曲率面の曲率半径が製品形状に要求される曲率半径より
も小さくなり且つ前記凹状段部の形状が外側曲率面に転
写されるように前記フランジ部を据え込み成形する。そ
して、その据え込み成形に続く二次成形の際には、外側
曲率面に転写成形された凹状段部形状を消去復元しなが
らその外側曲率面がほぼ平坦なＣ面取り形状となるよう
に印圧成形することを特徴としている。

【００１３】したがって、この請求項２に記載の発明で
は、コーナー部の外側曲率面を規定寸法よりも小さく形
成するのと同時に凹状段部形状を転写形成することでそ
の外側曲率面側に一段と積極的に材料を確保できること
になる。そして、据え込み成形に続く二次成形の際に
は、外側曲率面に転写成形された凹状段部形状を消去復
元するべくその外側曲率面がほぼ平坦なＣ面取り形状と
なるように印圧成形すると、請求項１に記載の発明と同
様に、上記コーナー部自体の厚肉化効果もしくは増肉化
効果を維持しながらも塑性流動により材料が移動し、コ
ーナー部の外側曲率面および内側曲率面の曲率半径が規
定寸法に仕上げられる。

【００１４】特に請求項３に記載の発明のように、前記
ダイまたはポンチの成形面に形成される凹状段部が、外
側曲率面の成形を司る部分のうち反フランジ部寄りの位
置に形成されていると、据え込み成形の際にその凹状段
部が抵抗となることで材料が積極的にフランジ部側に流
れるように塑性流動が制御される。これにより、上記コ
ーナー部の外側曲率面での厚肉化効果もしくは増肉化効
果が一段と顕著となる。

【００１５】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、直立成
形されたフランジ部の根元部たるコーナー部の外側曲率
面の曲率半径が規定寸法よりも小さくなるようにフラン
ジ部を据え込み成形し、それに続いて上記外側曲率面の
曲率半径が規定寸法となるように二次成形して上記コー
ナー部の肉厚を局部的に厚肉化するものであるから、そ
のコーナー部が局部的に厚肉化された成形品を少ない工
程数で容易に成形できるほか、成形品のコーナー部の機
械的強度が大幅に向上する効果がある。

【００１６】特に請求項２に記載の発明のように、凹状
段部の転写成形を併用すると上記コーナー部での厚肉化
効果もしくは増肉化効果が顕著となるとともに、請求項
３に記載の発明のように、上記凹状段部の転写成形をコ
ーナー部のうち反フランジ部寄りの位置に限定するとそ
の効果が一段と顕著となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図３以下の図面は本発明に係る加
工方法のより具体的な実施の形態を示す図で、図１，２
に示すような成形品１を成形する場合の例を示してい
る。

【００１８】この図１，２に示す成形品１は、円板状の
素材をもってフランジ部２を直立成形するべく絞り成形
を施すことにより略深皿状に形成されているもので、底
壁部３側には環状凸部４が膨出形成されている。そし
て、母材板厚ｔを例えば５．０ｍｍとすると、成形品１
の機能の上から、そのフランジ部２と底壁部３とのなす
コーナー部５の内側曲率面５ａの曲率半径はＲ１は例え
ばＲ６以上、コーナー部５の肉厚Ｔは例えば５．５ｍｍ
以上であることが要求されている。なお、上記コーナー
部５での板厚Ｔは単純計算の上では母材板厚ｔの１．１
倍以上であるが、通常の絞り成形の場合にはコーナー部
５での板厚はその伸び変形のために母材板厚ｔよりも小
さくなることから、上記コーナー部５の要求板厚寸法Ｔ
は従来寸法に比べ実質的に１．２倍以上となる。

【００１９】上記成形品１の成形手順の概略は次の通り
である。先ず図３に示すように、円板状の板金素材（板
状ワーク）Ｗを用いて単動プレス型６により一次絞り成
形（張り出し成形）を施して上方に膨らんだ単純な湾曲
形状に成形し、次いで図４に示すように、同じく単動プ
レス型７にて二次絞り成形を施して、上記底壁部３側の
環状凸部４の概略を成形する。さらに図５に示すよう
に、同じく単動プレス型８にてフランジ曲げ加工（フラ
ンジダウン加工）を施し、母材からフランジ部２を直立
成形することで略深皿状に成形する。この時、フランジ
部２の高さは特に拘束されていない。

【００２０】上記フランジ部２が成形されたならば、図
６に示すように板金素材Ｗを別の単動プレス型９に移し
替えて、フランジ部２の先端面を拘束しながら前工程と
同じ上型形状をもって底壁部３側から潰し変形させるこ
とによりフランジ部２をその高さ方向に据え込んで、全
体形状を整えながら上記フランジ部２の根元部たるコー
ナー部５の板厚寸法Ｔを厚肉化させる。

【００２１】なお、上記単動プレス型９は、ポンチ１０
と、このポンチ１０に対し相対移動可能なポンチホルダ
１１に固定されたフローティングポンチ１２とで下型が
形成されている一方、下型に対して昇降動作する上型
は、ダイホルダ１３に固定されたダイ１４と、このダイ
１４に対し相対移動可能なフローティングダイ１５とで
形成されている。そして、上型を形成しているダイ１４
とフローティングダイ１５との境界部がフランジ部２の
根元部付近に設定されていることから、フローティング
ダイ１５が主として成形品Ｗの底壁部３の成形を司って
いるのに対して、ダイ１４は主としてフランジ部２の側
面を拘束しつつそのフランジ部２の根元部におけるコー
ナー部５の成形を司っている。

【００２２】ここで、図７に示すように、上記コーナー
部５のうち内側曲率面５ａの成形を司っているポンチ１
０のアール成形面１０ａの曲率半径は、図２に示した成
形品１の形状に要求される内側曲率面５ａの曲率半径Ｒ
１と同等の大きさに設定されているのに対して、コーナ
ー部５の外側曲率面５ｂの成形を司っているダイ１４側
のアール成形面１４ａの曲率半径は、成形品１の形状に
要求される外側曲率面５ｂの曲率半径よりも予め小さく
設定されている。

【００２３】上記据え込み成形時の挙動を図８にて説明
すると、同図（Ａ）に示すようにフランジ部２の先端面
を早い時期からフローティングポンチ１２にて規制する
と、上面からフローティングダイ１５の加圧拘束力が作
用したとしても、ダイ１４が下死点に達していない状態
では、底壁部３のうちコーナー部５に近い部分ではポン
チ１０から浮き上がった状態にある。この状態からダイ
１４がフローティングダイ１５とともに、もしくは単独
でさらに下降すると、同図（Ｂ）に示すように底壁部３
が潰れ変形するのに伴い、塑性流動によって材料が底壁
部３側に流れるのと同時にフランジ部２側にも流れるこ
とになる。

【００２４】そして、同図（Ｃ）に示すようにダイ１４
が下死点に達すると、ポンチ１０とフローティングポン
チ１２、ダイ１４およびフローティングダイ１５の四者
によって密閉された空間に材料が充満して、特にコーナ
ー部５の外側曲率面５Ｂにはダイ１４側のアール成形面
１４ａの形状が転写されて、その外側曲率面５Ｂの曲率
半径は先に述べたように最終的に成形品１の形状に要求
される外側曲率面５ｂの曲率半径よりも小さく成形され
る。この時、図７にも示すように、底壁部３が潰れ変形
する際の挙動によってはコーナー部５の内側曲率面５ａ
がポンチ１０側のアール成形面１０ａに密着せずに両者
の間に空間Ｇができることもあるが、後工程にて二次成
形が施されるので問題はない。以上をもって成形される
コーナー部５の肉厚Ｔは母材板厚ｔよりも大きいものと
なる。

【００２５】ここで、上記コーナー部５の板厚の厚肉化
もしくは増肉化効果は、先に述べたようにダイ１４側の
アール成形面１４ａの曲率半径を成形品１の形状に要求
される外側曲率面５ｂの曲率半径よりも予め小さく形成
したことによって得られるものであるが、図９の（Ａ）
に示すように外側曲率面５Ｂの曲率半径とともにダイ１
０側のアール成形面１０ａによって成形される内側曲率
面５ａの曲率半径を小さくすると上記厚肉化もしくは増
肉化効果が顕著となるとともに、その内側曲率面５ａに
座屈Ｑが発生しやすくなり、逆に同図（Ｂ）に示すよう
に外側曲率面５Ｂの曲率半径とともに内側曲率面５ａの
曲率半径を大きくすると内側曲率面５ａでの座屈の発生
は防止できるものの、上記厚肉化もしくは増肉化効果は
期待できなくなる。そこで、本実施の形態では、内側曲
率面５ａに座屈Ｑが発生しない程度に、例えばその内側
曲率面５ａの成形を司るアール成形面１０ａの曲率半径
を、最終的に成形品１の内側曲率面５ａに必要とされる
曲率半径Ｒ１と同じ大きさに設定する。

【００２６】この後、上記据え込み成形を終えた板金素
材Ｗを図８の（Ｄ）に示すように前工程と同等の別の単
動プレス型のポンチ１６とダイ１７とで加圧拘束して仕
上げ成形たる二次成形を施し、上記コーナー部５のうち
外側曲率面５Ｂが成形品１として必要な大きさの曲率半
径の外側曲率面５ｂとなるように印圧成形する。この
時、ポンチ１６側のアール成形面１６ａの曲率半径は前
工程のものと同じ大きさであり、他方、ダイ１７側のア
ール成形面１７ａの曲率半径は成形品１のコーナー部５
のうちその外側曲率面５ｂの曲率半径と同じ大きさであ
る。

【００２７】これにより、図７および図８の（Ｃ）に示
すように，外側曲率面５ｂと据え込み成形用のダイ１４
側のアール成形面１４ａとの差に相当する部分の材料の
一部が同図の空間Ｇを埋めるかのごとく塑性流動するも
のの、その外側曲率面５Ｂの曲率半径を成形品１の形状
に要求される曲率半径の外側曲率面５ｂとなるように二
次成形したとしても、前工程でのコーナー部５の板厚の
厚肉化もしくは増肉化効果はそのまま維持され、図１，
２に示したようにコーナー部５の板厚Ｔが局部的に厚肉
化された成形品１が得られることになる。

【００２８】本実施の形態によれば、上記コーナー部５
の板厚の厚肉化もしくは増肉化効果として、従来のもの
と比べて２０パーセント以上の増加が確認できた。

【００２９】図１０の（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る加
工方法の好ましい第２の実施の形態を示す図で、この実
施の形態では、図８と比較すると明らかなように、フラ
ンジ部２の据え込み成形の際に外側曲率面５Ｂの成形を
司るダイ１４側のアール成形面１４ａの曲率半径を成形
品１に必要な外側曲率面５ｂの曲率半径よりも小さく成
形するのと同時に、アール成形面１４ａのうち底壁部３
に近い部分すなわち反フランジ部２寄りの位置に凹状段
部１９を形成したものである。

【００３０】この実施の形態では、図１０の（Ａ）と図
８の（Ｂ）とを比較すると明らかなように、板金素材Ｗ
の底壁部３が潰れ変形する過程で上記凹状段部１９の端
部が素材Ｗに噛み込むようになるとこれが抵抗となっ
て、塑性流動による底壁部３側への材料の動きが一部制
限されるかたちとなる。その結果、コーナー部５には上
記凹状段部１９の形状がそのまま転写されるようなかた
ちとなり、コーナー部５のうちその外側曲率面５Ｂ側に
より多くの材料が保有されるようになって、コーナー部
５での厚肉化もしくは増肉化効果が顕著となる。ただ
し、図１０の（Ｂ）から明らかなように相対的に内側曲
率面５ａ側に回り込む材料が減ぜられるために、内側曲
率面５ａとポンチ１０側のアール成形面１０ａとの間に
は空間Ｇができやすくなる。

【００３１】そして、上記据え込み成形に続く二次成形
に際しては、図１１の（Ａ）に示すように前工程とほぼ
同様の単動プレス型のポンチ２０とダイ２１とで、コー
ナー部５側に成形された凹状段部１９の転写形状を消去
復元しながら、外側曲率面に平坦なＣ面取りを施すべく
印圧成形して面取り部５ｃを成形する。これにより、先
に凹状段部１９の転写形状をもって外側曲率面側に積極
的に保有された材料が、ポンチ２０側のアール成形面２
０ａと内側曲率面５ａとの間にできた空間Ｇを埋めるべ
く流動して所定形状に仕上げられる。この時、図１１の
（Ａ）と、図１０の（Ｂ）に相当する図１１の（Ｂ）と
比較すると明らかなように、先の据え込み成形時の厚肉
化もしくは増肉化効果によって形成されたコーナー部５
の板厚寸法Ｔ１と、二次成形後の板厚寸法Ｔ２との間に
変化はなく、据え込み成形時の厚肉化もいくは増肉化効
果は二次成形後もそのまま引き継がれる。

【００３２】本実施の形態によれば、上記の凹状段部１
９ＮＩよる肉寄せ効果のために、第１の実施の形態に比
べコーナー部５の板厚寸法Ｔの厚肉化もしくは増肉化効
果が一段と顕著となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】コーナー部を局部的に厚肉化した成形品の一例
を示す半断面図。

【図２】図１のＡ部拡大図。

【図３】図１の成形品を成形するための第１工程の説明
図。

【図４】図１の成形品を成形するための第２工程の説明
図。

【図５】図１の成形品を成形するための第３工程の説明
図。

【図６】本発明の第１の実施の形態として、図１の成形
品を成形するための据え込み成形工程の説明図。

【図７】図６の要部拡大図。

【図８】上記据え込み成形時の詳細を示す工程説明図。

【図９】コーナー部の内側および外側曲率面の曲率半径
と増肉効果との相関を示す説明図。

【図１０】本発明の第２の実施の形態を示す図で、図８
の（Ｂ），（Ｃ）に相当する据え込み成形時の要部拡大
図。

【図１１】同じく二次成形時の要部拡大図。

【符号の説明】

１…成形品 ２…フランジ部 ３…底壁部 ５…コーナー部 ５ｂ，５Ｂ…外側曲率面 ５ｃ…面取り部 １０…ポンチ １４…ダイ １４ａ…アール成形面 １９…凹状段部 ｔ…母材板厚 Ｔ…コーナー部の板厚 Ｗ…板金素材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状ワークの端部に直立成形されるフラ
   ンジ部のうち少なくともそのフランジ部の根元部となる
   コーナー部の肉厚を母材板厚よりも厚肉化する方法であ
   って、 予め直立成形されたフランジ部をダイとポンチとを用い
   てそのフランジ高さを縮小化する方向に据え込むにあた
   り、前記コーナー部の外側曲率面の成形を司るダイまた
   はポンチの成形面の曲率半径を規定寸法よりも予め小さ
   く設定しておくことにより、そのコーナー部の外側曲率
   面の曲率半径が製品形状に要求される曲率半径よりも小
   さくなるように前記フランジ部を据え込み成形し、 この据え込み成形に続いて、フランジ部を先の据え込み
   高さ寸法に拘束しながら前記コーナー部の外側曲率面の
   曲率半径が製品形状に要求される曲率半径となるように
   二次成形することを特徴とするプレス加工による局部肉
   厚増加方法。
2. 【請求項２】 前記コーナー部の外側曲率面の成形を司
   るダイまたはポンチの成形面の曲率半径を規定寸法より
   も予め小さく設定しておくとともに、その成形面に凹状
   段部を予め形成しておき、 前記コーナー部の外側曲率面の曲率半径が製品形状に要
   求される曲率半径よりも小さくなり且つ前記凹状段部の
   形状が外側曲率面に転写されるように前記フランジ部を
   据え込み成形し、 据え込み成形に続く二次成形の際には、外側曲率面に転
   写成形された凹状段部形状を消去復元しながらその外側
   曲率面がほぼ平坦なＣ面取り形状となるように印圧成形
   することを特徴とする請求項１に記載のプレス加工によ
   る局部肉厚増加方法。
3. 【請求項３】 前記ダイまたはポンチの成形面に形成さ
   れる凹状段部は、外側曲率面の成形を司る部分のうち反
   フランジ部寄りの位置に形成されていることを特徴とす
   る請求項２に記載のプレス加工による局部肉厚増加方
   法。